高考物理三轮复习考前冲刺易错题专题04 曲线运动与万有引力定律（含解析）

考前再回首易错题之曲线运动与万有引力定律易错题清单易错点1：找不准合运动、分运动，造成速度分解的错误易错分析：相互牵连的两物体的速度往往不相等，一般需根据速度分解确定两物体速度关系.在分解速度时，要注意两点：①只有物体的实际运动才是合运动，如物体A向右运动，所以物体A向右的速度是合速度，也就是说供分解的合运动一定是物体的实际运动；②两物体沿沿绳或杆方向的速度（或分速度）相等。【典例1】质量为m的物体P置于倾角为θ1的固定光滑斜面上，轻细绳跨过光滑轻质定滑轮分别连接着P与小车，P与滑轮间的细绳平行于斜面，小车以速率v水平向右做匀速直线运动。当小车与滑轮间的细绳和水平方向成夹角θ2时(如图)，下列判断正确的是()A．P的速率为v B．P的速率为vcosθ2C．绳的拉力等于mgsinθ1 D．绳的拉力小于mgsinθ1【答案】B【解析】将小车速度沿绳子方向和垂直绳子方向分解为v1、v2，P的速率v1＝vcosθ2，A错误，B正确；小车向右做匀速直线运动，θ2减小，P的速率增大，绳的拉力大于mgsinθ1，C、D错误。易错点2：不能建立匀速圆周运动的模型易错分析：圆周运动分析是牛顿第二定律的进一步延伸，在分析时也要做好两个分析：①分析受力情况，选择指向圆心方向为正方向，在指向圆心方向上求合外力；②分析运动情况，看物体做哪种性质的圆周运动（匀速圆周运动还是变速圆周运动？），确定圆心和半径.③将牛顿第二定律和向心力公式相结合列方程求解。【典例2】[多选](2019·上饶模拟)如图所示，在竖直平面内固定一个由四分之一光滑圆弧管和光滑直管组成的细管道，两个小球A、B分别位于圆弧管的底端和顶端，两球之间用细线相连。现将一水平力F作用在B球上，使B球沿直管做匀速直线运动，A、B球均可视为质点，则A球从底端运动到顶端过程中()A．水平力F逐渐变大B．细线对A球的拉力逐渐减小C．A球的加速度不变D．管道对A球的作用力可能先减小后增大【答案】BD【解析】以小球A为研究对象，则小球A受到重力、细线的拉力以及圆管的支持力，在任意点设小球与圆心的连线与水平方向之间的夹角为θ，则细线的拉力始终等于重力沿管道的切线方向的分力，即：T＝mgcosθ，可知小球A向上运动的过程中，随θ的增大，细线的拉力逐渐减小。以B为研究对象，则B受到重力、竖直向上的支持力、细线的拉力T以及水平拉力F的作用，小球B做匀速直线运动，则水平拉力与细线的拉力大小相等，方向相反，所以解析：选拉力F也逐渐减小；故A错误，B正确；小球A做匀速圆周运动，则加速度的方向始终指圆心，方向不断变化，故C错误；小球A做匀速圆周运动，则受到的重力沿垂直于管道方向的分力与支持力的合力提供向心力，由于小球的速度以及管道对应的半径关系是未知的，所以管道对A球的作用力可能先减小后增大，故D正确。易错点3：分不清“绳模型”与“杆模型”【典例3】(多选)如图甲，小球用不可伸长的轻绳连接后绕固定点O在竖直面内做圆周运动，小球经过最高点时的速度大小为v，此时绳子的拉力大小为FT，拉力FT与速度的平方v2的关系如图乙所示，图象中a、b为已知量，重力加速度g已知，以下说法正确的是()A．a与小球的质量无关B．b与小球的质量无关C．eq\f(b,a)只与小球的质量有关，与圆周轨道半径无关D．利用a、b和g能够求出小球的质量和圆周轨道半径[答案]AD[解析]当v2＝a时，绳子的拉力为零，小球的重力提供向心力，则mg＝eq\f(mv2,r)，解得v2＝gr，故a＝gr，a与小球的质量无关，A正确；当v2＝2a时，对小球受力分析，有mg＋b＝eq\f(mv2,r)，联立解得b＝mg，b与小球的质量有关，B错误；eq\f(b,a)＝eq\f(m,r)，eq\f(b,a)不只与小球的质量有关，还与圆周轨道半径有关，C错误；由a＝gr，b＝mg，解得r＝eq\f(a,g)，m＝eq\f(b,g)，D正确．【典例4】小球在如图甲所示的竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动．当小球运动到圆形管道的最高点时，管道对小球的弹力与小球此时的速度平方的关系如图乙所示(取竖直向下为正方向)．MN为通过圆心的一条水平线．不计小球半径、管道内径，重力加速度为g.则下列说法正确的是()A．管道所在圆的半径为eq\f(b2,g)B．小球的质量为eq\f(a,g)C．小球在MN以下的管道中运动时，内侧管壁对小球可能有作用力D．小球在MN以上的管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力[答案]B[解析]由图可知，当v2＝b时，FN＝0，此时mg＝meq\f(v2,R)，解得管道所在圆的半径R＝eq\f(b,g)，故A错误；当v2＝0时，FN＝－mg＝－a，所以m＝eq\f(a,g)，故B正确；小球在水平线MN以下的管道中运动时，由于向心力的方向要指向圆心，则管壁必然要提供指向圆心的支持力，只有外壁才可以提供这个力，所以内侧管壁对小球没有作用力，故C错误；小球在水平线MN以上的管道中运动时，重力沿径向的分量必然参与提供向心力，故可能是外侧管壁对小球有作用力，也可能是内侧管壁对小球有作用力，还可能内、外侧管壁对小球均无作用力，故D错误．eq\a\vs4\al()轻绳、轻杆系一小球在竖直平面内做圆周运动，小球通过最高点的临界条件(做完整圆周运动的条件)的差别，源于绳、杆弹力的差别．(1)绳模型：在最高点绳子只能产生沿绳收缩方向的拉力，拉力最小值为零，此时小球的重力提供向心力．小球在竖直放置的光滑圆环内侧做圆周运动符合此模型．(2)杆模型：在最高点，杆对小球可以产生向下的拉力，也可以产生向上的支持力，故小球在最高点时受到的合力的最小值为零．小球在竖直放置的光滑细管中做圆周运动符合此模型．易错点4：混淆同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体运动的特点易错分析：对卫星是万有引力提供向心力，而赤道上的物体，除受万有引力外，还受地面对它的支持力.即是引力和支持力的合力提供物体做圆周运动的向心力，所以GMm/r2=ma对同步卫星和近地卫星是适用的，但对赤道上的物体并不适用．此外明确题目中涉及的物体，两两找出它们的相同点是解题的关键。【典例5】人造卫星d的圆形轨道离地面的高度为h，地球同步卫星b离地面的高度为H，h<H.两卫星共面且运行方向相同，某时刻卫星d恰好出现在赤道上某建筑物c的正上方，设地球赤道半径为R，地球表面的重力加速度为g，则()A．d、b线速度大小的比值为eq\r(\f(R＋h,R＋H))B．d、c角速度的比值为eq\r(\f(（R＋H）3,（R＋h）3))C．b、c向心加速度大小的比值为eq\r(\f(R3,（R＋H）3))D．d下一次通过c正上方所需时间为t＝eq\f(2π\r(gR3),\r(（R＋h）3)－\r(（R＋H）3))[答案]B[解析]由万有引力提供向心力有Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mω2r，则v＝eq\r(\f(GM,r))，ω＝eq\r(\f(GM,r3))，所以d、b的线速度大小的比值为eq\f(vd,vb)＝eq\r(\f(R＋H,R＋h))；因b、c的角速度相同，所以d、c的角速度的比值等于d、b的角速度的比值，则eq\f(ωd,ωc)＝eq\r(\f(（R＋H）3,（R＋h）3))，则A错误，B正确．因为b、c的角速度相同，由a＝rω2可知eq\f(ab,ac)＝eq\f(R＋H,R)，则C错误．设经过时间t卫星d再次通过建筑物c正上方，根据几何关系有(ωd－ωc)t＝2π，又GM＝gR2，再结合上述分析可得t＝eq\f(2π,\r(\f(gR2,（R＋h）3))－\r(\f(gR2,（R＋H）3)))，则D错误．eq\a\vs4\al()近地卫星、同步卫星、地球赤道上的物体的比较近地卫星同步卫星地球赤道上的物体向心力万有引力万有引力万有引力的一个分力轨道半径r近<r同r同>r物＝r近角速度由eq\f(GMm,r2)＝mrω2得ω＝eq\r(\f(GM,r3))，故ω近>ω同同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同，故ω同＝ω物ω近>ω同＝ω物线速度由eq\f(GMm,r2)＝eq\f(mv2,r)得v＝eq\r(\f(GM,r))，故v近>v同由v＝rω得v同>v物v近>v同>v物向心加速度由eq\f(GMm,r2)＝ma得a＝eq\f(GM,r2)，故a近>a同由a＝rω2得a同>a物a近>a同>a物易错点5：弄不清变轨问题中的各量的变化易错分析：首先要理解变轨的实质：卫星的速度发生变化时，做圆周运动所需要的向心力不等于万有引力．要想使卫星的轨道半径增大做离心运动，必须增大卫星的速度，使万有引力小于所需的向心力，反之减小卫星的速度，万有引力大于所需向心力，卫星则做向心运动．卫星的加速度由万有引力决定，所以不同的轨道上的同一点卫星的加速度相同.此部分公式较多，要理解公式的来龙去脉，要注意公式的适用条件，不能生搬硬套。【典例6】发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1上，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，然后再次点火，将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，下列说法中正确的是()A．卫星在轨道1上的速率大于在轨道3上的速率B．卫星在轨道1上的周期大于在轨道3上的周期C．卫星在轨道2上的周期小于在轨道3上的周期D．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度【答案】AC【解析】设卫星和地球的质量分别为m和M，卫星速率为v，轨道半径为r，则有Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，得到v＝eq\r(\f(GM,r))，对于1和3为圆周运动可知，半径小，环绕速率大，故A项正确；由开普勒定律知，对绕同一中心天体的所有卫星，轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等，即eq\f(R3,T2)＝k，判断出T3>T2>T1，故B项错误，C项正确；由F＝Geq\f(Mm,r2)＝ma，得a＝eq\f(GM,r2)，a的大小与r2成反比．在Q点时，卫星无论沿1还是2轨道运行，到地心的距离r都是相等的，因此在Q点的向心加速度应相等，故D项错误．易错点6：区别“定轨”与“变轨”【典例】2018年12月8日，“嫦娥四号”月球探测器在我国西昌卫星发射中心发射成功，随后实现了人类首次月球背面软着陆．“嫦娥四号”从环月圆轨道Ⅰ上的P点实施变轨，进入环月椭圆轨道Ⅱ，在近月点Q实施软着陆，如图所示．关于“嫦娥四号”，下列说法正确的是()A．沿轨道Ⅰ运行至P点时，需加速才能进入轨道ⅡB．沿轨道Ⅱ运行的周期大于沿轨道Ⅰ运行的周期C．沿轨道Ⅱ运行经P点时的加速度等于沿轨道Ⅰ运行经P点时的加速度D．沿轨道Ⅱ从P点运行到Q点的过程中，月球对“嫦娥四号”的万有引力做的功为零[答案]C[解析]“嫦娥四号”沿轨道Ⅰ运行至P点时，应该制动减速使万有引力大于其在轨道Ⅰ上做圆周运动所需向心力而做近心运动，变轨到轨道Ⅱ上，故A错误；轨道Ⅱ的半长轴小于轨道Ⅰ的半径，根据开普勒第三定律可知“嫦娥四号”沿轨道Ⅱ运行的周期小于沿轨道Ⅰ运行的周期，故B错误；在同一点万有引力相同，加速度相同，故C正确；根据开普勒第二定律可知在轨道Ⅱ上由P点运行到Q点的过程中，“嫦娥四号”的速度逐渐增大，万有引力做正功，故D错误．eq\a\vs4\al()通常卫星变轨过程涉及三个“定轨”、两处“变轨”(1)三个“定轨”：三个轨道均属环绕模型，轨道固定．如图所示，卫星运行的低轨道1和高轨道3是圆轨道，万有引力提供向心力，由此可判断各物理量的变化．卫星在椭圆轨道2上运行时，在近地点A的速度大于在远地点B的速度，符合机械能守恒定律．(2)两处“变轨”：椭圆轨道的近地点A和远地点B，也是椭圆轨道与两个圆轨道的相切点即发生变轨的位置．在两切点处，卫星在不同轨道上运行时所受万有引力相同，加速度相同，速度符合“内小外大”．举一反三，纠错训练1.有一个物体在h高处，以水平初速度v0抛出，落地时的速度为v1，竖直分速度为vy，下列公式能用来计算该物体在空中运动时间的是[]形成以上错误有两个原因。第一是模型与规律配套。Vt=v0+gt是匀加速直线运动的速度公式，而平抛运动是曲线运动，不能用此公式。第二不理解运动的合成与分解。平抛运动可分解为水平的匀速直线运动和竖直的自由落体运动。每个分运动都对应自身运动规律。【正确解答】本题的正确选项为A，C，D。平抛运动可分解为水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体，分运动与合运动时间具有等时性。水平方向：x=v0t①

据式①～⑤知A，C，D正确。2.正在高空水平匀速飞行的飞机，每隔1s释放一个重球，先后共释放5个，不计空气阻力，则[]A.这5个小球在空中排成一条直线B.这5个小球在空中处在同一抛物线上C.在空中，第1，2两个球间的距离保持不变D.相邻两球的落地间距相等【错解分析】错解：因为5个球先后释放，所以5个球在空中处在同一抛物线上，又因为小球都做自由落体运动，所以C选项正确。形成错解的原因是只注意到球做平抛运动，但没有理解小球做平抛的时间不同，所以它们在不同的抛物线上，小球在竖直方向做自由落体运动，但是先后不同。所以C选项不对。【正确解答】释放的每个小球都做平抛运动。水平方向的速度与飞机的飞行速度相等，在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，只是开始的时刻不同。飞机和小球的位置如图1－7可以看出A，D选项正确。【名师点拨】解这类题时，决不应是想当然，而应依据物理规律画出运动草图，这样会有很大的帮助。如本题水平方向每隔1s过位移一样，投小球水平间距相同，抓住特点画出各个球的轨迹图，这样答案就呈现出来了。3.物块从光滑曲面上的P点自由滑下，通过粗糙的静止水平传送带以后落到地面上的Q点，若传送带的皮带轮沿逆时针方向转动起来，使传送带随之运动，如图1－16所示，再把物块放到P点自由滑下则[]A.物块将仍落在Q点B.物块将会落在Q点的左边C.物块将会落在Q点的右边D.物块有可能落不到地面上【错解分析】错解：因为皮带轮转动起来以后，物块在皮带轮上的时间长，相对皮带位移变大，摩擦力做功将比皮带轮不转动时多，物块在皮带右端的速度将小于皮带轮不动时，所以落在Q点左边，应选B选项。学生的错误主要是对物体的运动过程中的受力分析不准确。实质上当皮带轮逆时针转动时，无论物块以多大的速度滑下来，传送带给物块施的摩擦力都是相同的，且与传送带静止时一样，由运动学公式知位移相同。从传送带上做平抛运动的初速相同。水平位移相同，落点相同。【正确解答】物块从斜面滑下来，当传送带静止时，在水平方向受到与运动方向相反的摩擦力，物块将做匀减速运动。离开传送带时做平抛运动。当传送带逆时针转动时物体相对传送带都是向前运动，受到滑动摩擦力方向与运动方向相反。物体做匀减速运动，离开传送带时，也做平抛运动，且与传送带不动时的抛出速度相同，故落在Q点，所以A选项正确。【名师点拨】若此题中传送带顺时针转动，物块相对传送带的运动情况就应讨论了。（1）当v0=vB物块滑到底的速度等于传送带速度，没有摩擦力作用，物块做匀速运动，离开传送带做平抛的初速度比传送带不动时的大，水平位移也大，所以落在Q点的右边。（2）当v0＞vB物块滑到底速度小于传送带的速度，有两种情况，一是物块始终做匀加速运动，二是物块先做加速运动，当物块速度等于传送带的速度时，物体做匀速运动。这两种情况落点都在Q点右边。（3）v0＜vB当物块滑上传送带的速度大于传送带的速度，有两种情况，一是物块一直减速，二是先减速后匀速。第一种落在Q点，第二种落在Q点的右边。4.一内壁光滑的环形细圆管，位于竖直平面内，环的半径为R（比细管的半径大得多），圆管中有两个直径与细管内径相同的小球（可视为质点）。A球的质量为m1，B球的质量为m2。它们沿环形圆管顺时针运动，经过最低点时的速度都为v0。设A球运动到最低点时，球恰好运动到最高点，若要此时两球作用于圆管的合力为零，那么m1，m2，R与v0应满足关系式是。【错解分析】错解：依题意可知在A球通过最低点时，圆管给A球向上的弹力N1为向心力，则有B球在最高点时，圆管对它的作用力N2为m2的向心力，方向向下，则有因为m2由最高点到最低点机械能守恒，则有

错解形成的主要原因是向心力的分析中缺乏规范的解题过程。没有做受力分析，导致漏掉重力，表面上看分析出了N1=N2，但实际并没有真正明白为什么圆管给m2向下的力。总之从根本上看还是解决力学问题的基本功受力分析不过关。【正确解答】首先画出小球运动达到最高点和最低点的受力图，如图4-1所示。A球在圆管最低点必受向上弹力N1，此时两球对圆管的合力为零，m2必受圆管向下的弹力N2，且N1=N2。据牛顿第二定律A球在圆管的最低点有同理m2在最高点有m2球由最高点到最低点机械能守恒

【名师点拨】比较复杂的物理过程，如能依照题意画出草图，确定好研究对象，逐一分析就会变为简单问题。找出其中的联系就能很好地解决问题。5.假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动，则[]A．根据公式v=ωr，可知卫星运动的线速度增大到原来的2倍。

D．根据上述选项B和C给出的公式，可知卫星运动的线速度将减【错解分析】错解：选择A，B，C

所以选择A，B，C正确。A，B，C中的三个公式确实是正确的，但使用过程中A，

【正确解答】正确选项为C，D。A选项中线速度与半径成正比是在角速度一定的情况下。而r变化时，角速度也变。所以此选项不正确。同理B选项也是如此，F∝1/r2是在v一定时，但此时v变化，故B选项错。而C选项中G，M，m都是恒量，所以F∝

【小结】物理公式反映物理规律，不理解死记硬背经常会出错。使用中应理解记忆。知道使用条件，且知道来拢去脉。卫星绕地球运动近似看成圆周运动，万有引力提供向心力，由此将根据以上式子得出6.假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0，赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G．则地球的密度为（）A． B．C． 【解答】解：在两极，引力等于重力，则有：mg0=G，由此可得地球质量，在赤道处，引力与支持力的合力提供向心力，由牛顿第二定律，则有：G﹣，，= ，故B正确，ACD错误；故选：B．7.(2019·太原模拟)中国的面食文化博大精深，种类繁多，其中“山西刀削面”堪称天下一绝，传统的操作手法是一手托面，一手拿刀，直接将面削到开水锅里。如图所示，小面圈刚被削离时距开水锅的高度为h，与锅沿的水平距离为L，锅的半径也为L，将削出的小面圈的运动视为平抛运动，且小面圈都落入锅中，重力加速度为g，则下列关于所有小面圈在空中运动的描述错误的是()A．运动的时间都相同B．速度的变化量都相同C．落入锅中时，最大速度是最小速度的3倍D．若初速度为v0，则Leq\r(\f(g,2h))＜v0＜3Leq\r(\f(g,2h))【答案】C【解析】根据h＝eq\f(1,2)gt2可得运动的时间t＝eq\r(\f(2h,g))，所有小面圈在空中运动的时间都相同，故选项A正确；根据Δv＝gΔt可得所有小面圈的速度的变化量都相同，故选项B正确；因为水平位移的范围为L＜x＜L＋2R＝3L，则水平最小初速度为vmin＝eq\f(L,t)＝Leq\r(\f(g,2h))，水平最大初速度为：vmax＝eq\f(3L,t)＝3Leq\r(\f(g,2h))，则水平初速度的范围为：Leq\r(\f(g,2h))＜v0＜3Leq\r(\f(g,2h))；落入锅中时，最大速度vm＝eq\r(vmax2＋2gh)＝eq\r(\f(9L2g,2h)＋2gh)，最小速度为vm′＝eq\r(vmin2＋2gh)＝eq\r(\f(L2g,2h)＋2gh)，故选项D正确，C错误。8.如图所示，一块橡皮用细线悬挂于O点，现用一支铅笔贴着细线的左侧水平向右以速度v匀速移动，运动过程中保持铅笔的高度不变，悬挂橡皮的那段细线保持竖直，则在铅笔未碰到橡皮前，橡皮的运动情况是（）A.橡皮在水平方向上做匀速运动B.橡皮在竖直方向上做加速运动C.橡皮的运动轨迹是一条直线D.橡皮在图示虚线位置时的速度大小为SKIPIF1<0【答案】AB【解析】绳子一直保持竖直，说明橡皮水平方向具有和铅笔一样的速度，A对；在竖直方向上，橡皮的速度等于绳子收缩的速度，把铅笔与绳子接触的地方的速度分解成沿绳和垂绳，沿绳速度，增大，沿绳速度增大，所以B对；橡皮的加速度向上，与初速度不共线所以做曲线运动，C错；橡皮在图示位置时的速度，D错．9.两根绝缘细线分别系住A、B两个带电小球，并悬挂在O点，当两个小球静止时，它们处在同一水平面上，两细线与竖直方向间夹角分别为α、β，α<β，如图所示．现将两细线同时剪断，则()A.两球都做匀变速运动B.两球下落时间ta>tbC.落地时两球水平位移相同D.a球落地时的速度小于b球落地时的速度【答案】D【解析】设两球之间的库仑力大小为F，当两小球静止时，则有F＝magtanα＝mbgtanβ，因为α<β，所以有ma>mb.将两细线同时剪断后，两球在竖直方向都做自由落体运动，下落时间相同，故B错误．在水平方向上，库仑力逐渐变小，两球在库仑力作用下做变加速直线运动，故A错误．由a＝F/m可知，加速度aa<ab，所以两球落地时水平位移xa<xb，落地速度va<vb，故C错误，D正确；故选D．【名师点拨】本题考查知识点较多，涉及运动的独立性以及物体的平衡等，较好的考查了学生综合应用知识的能力，是一道考查能力的好题．10.如图，一个圆盘在水平面内绕通过中心的竖直轴匀速转动，盘上一小物体相对圆盘静止，随圆盘一起运动．关于这个物体受到的向心力，下列说法中正确的是A.向心力方向指向圆盘中心B.向心力方向与物体的速度方向相同C.向心力方向与转轴平行D.向心力方向保持不变【答案】A【解析】物体相对圆盘静止，而圆盘在水平面内绕通过中心的竖直轴匀速转动，所以物体做匀速圆